DE2045687C2 - Time delayed aircraft function trigger - has thin holder disc secured to jet engine nozzle by adhesion or solder in nozzle groove, with tie line for function triggering - Google Patents
Time delayed aircraft function trigger - has thin holder disc secured to jet engine nozzle by adhesion or solder in nozzle groove, with tie line for function triggeringInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zeitverzögerten thermischen Auslösung von Funktionen bei Flugkörpern, bei der das Sperrglied der Funktionseinrichtung mittels einer Klebe- oder Lötverbindung in gesperrter Stellung gehalten und durch zeitabhängige Erwärmung der Flugkörpertriebwerksdüse beim Triebwerksabbrand zur Entriegelung gebracht wird.The invention relates to a device for the time-delayed thermal triggering of functions Missiles, in which the locking member of the functional device by means of an adhesive or soldered connection in locked position and by time-dependent heating of the missile engine nozzle when the engine burns down is brought to unlock.
Bei Flugkörpern ist es in bestimmten Fällen erforderlich, auf der Flugbahn zu einem vorgegebenen Zeitpunkt bestimmte Funktionen auszulösen. So werden beispielsweise bei Raketen sogenannte Booster, die als Zusatztriebwerke beim Starten verwendet werden, nach deren Brennschluß abgeworfen. Für einen anderen Anwendungsfall wird gefordert, bei Raketen mit Klappleitwerk dieses beim Start zunächst noch geschlossen zu halten und erst nach einer bestimmten Verzögerungszeit aufspringen zu lassen. Der Zweck dieser verzögert aufspringenden Klappleitwerke besteht darin, bei ballistischen ungelenkten Raketen, die Seitenwindempfindlichkeit unmittelbar nach dem Start herabzusetzen, d. h. die Treffgenauigkeit weitgehend wetterunabhängig zu machen.In the case of missiles, it is necessary in certain cases to follow a given flight path Time to trigger certain functions. For example, so-called boosters, which are called Auxiliary engines are used when starting, thrown off after their burnout. For someone else Use case is required, in the case of rockets with a folding tail, this is initially still the case at launch keep it closed and only let it open after a certain delay time. The purpose This delayed opening of the folding tailgate consists in the case of ballistic unguided missiles, the Reduce crosswind sensitivity immediately after take-off, d. H. the accuracy largely to make it independent of the weather.
Für derartige, noch durch weitere Beispiele ergänzbare Anwendungsfälle, wie z. B. das Auslösen weiterer Triebwerksstufen, das Aufheben von Sicherungseinrichtungen, das Ausstoßen von Nutzlast etc., werden in bekannter Weise mechanische, pyrotechnische oder elektronische Zeitzünder oder Zeitschalter benutzt, die nach Ablauf der eingestellten oder vorgegebenen Zeitspanne in geeigneter Weise angeordnete und ausgebildete Sprengladungen zünden oder entsprechende mechanische Verriegelungen aufheben, so daß die gewünschte Funktion der nachgeschalteten Flugkörpereinrichtung ausgelöst wird.For such examples, which can be supplemented by further examples Use cases such as B. the triggering of further engine stages, the lifting of safety devices, the ejection of payload etc., are mechanical, pyrotechnic or in a known manner Electronic time detonators or timers used after the set or specified Detonate appropriately arranged and formed explosive charges during a period of time or corresponding cancel mechanical interlocks, so that the desired function of the downstream missile device is triggered.
Die Funktionsauslösung ist hiermit zwar im allgemeinen mit genügender Zeitgenauigkeit durchführbar, jedoch ist in vielen Fällen die erforderliche Sicherheit gegen Funktionsstörungen nicht gegeben. Vor allem aber ist der erforderliche Aufwand, verglichen mit der nachfolgend beschriebenen Erfindung, bei den genannten Lösungen beträchtlich höher, insbesondere wenn für diese eine eigene Energiequelle oder die Zuführung von Fremdenergie über z. B. elektrische Zuleitungen erforderlich ist In der Praxis ist deshalb die Anwendung derartiger Zeitzünder oder Zeitschalter in bestimmten Fäl'en nicht möglich oder nicht befriedigend.The triggering of the function can generally be carried out with sufficient time accuracy, however, in many cases the necessary security against malfunctions is not given. Above all however, compared with the invention described below, the effort required is in the case of those mentioned Solutions considerably higher, especially if they have their own energy source or are supplied by External energy via z. B. electrical leads is required In practice, therefore, the application Such time detonators or time switches are not possible or not satisfactory in certain cases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zeitverzögerte Auslösung von Flugkörperfunktionen auf thermischem Wege einzuleiten, indem ein an die Wandung der Flugkörper-Triebwerksdüse mittels eines Klebers oder Lotes gehaltenes Sperrglied durch die zeitabhängige Erwärmung der Klebe- oder Lötstelle freigegeben wird, wobei diese Einrichtung so auszubilden i?t, daß die in der Praxis auftretenden Abweichungen vom vorgegebenen Auslösezeitpunkt auch bei einer großen Anzahl von Flugkörpern, d.h. bei einer Serienfertigung, so vernachlässigbar klehi sind, daß die geforderte Zeitgenauigkeit erreicht wird.The invention is based on the object of the time-delayed triggering of missile functions to be initiated thermally by attaching a to the wall of the missile engine nozzle by means of a Adhesive or solder held locking member due to the time-dependent heating of the adhesive or soldering point is released, and this device must be designed in such a way that the deviations that occur in practice from the specified triggering time even with a large number of missiles, i.e. with a Series production, so negligible that the required time accuracy is achieved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst In vorteilhafter Weise wird die Klebe- oder Lötstelle der Auslösevorrichtung so ausgebildet daß thermisch definierte und reproduzierbare Verhältnisse eingehalten werden können. Es sind deshalb sowohl die Massen, die geometrischen Abmessungen und die thermischen Stoffkonstanten des Klebers oder Lotes, als auch die der an der Auslösevorrichtung beteiligten Komponenten definiert. Die Dicke der Klebe- oder Lötschicht wird so gehalten, daß die zum Ablösen bzw. Schmelzen erforderliche Wärmemenge und demzufolge auch die dazu benötigte Zeit so festgelegt sind, daß reproduzierbare Verhältnisse vorliegen. Da bei Klebemitteln die Festigkeit im allgemeinen allmählich mit steigender Temperatur abnimmt, während sie bei Loten erst bei Erreichen der Schmelztemperatur praktisch sprunghaft auf Null abfällt, werden vorzugsweise Lote, und hierbei wieder vornehmlich solche mit eutektisehem Schmelzpunkt verwendet.According to the invention, this object is achieved in accordance with the characterizing part of the main claim Advantageously, the adhesive or solder point of the release device is designed so that thermally defined and reproducible conditions can be maintained. It is therefore both the masses who geometric dimensions and the thermal material constants of the adhesive or solder, as well as those of the Defined components involved in the release device. The thickness of the adhesive or solder layer will be like this held that the amount of heat required for detachment or melting and consequently also the The time required for this is set so that reproducible conditions exist. Since with adhesives the Strength generally decreases gradually with increasing temperature, whereas in the case of solders it only decreases at When the melting temperature drops to zero, preferably solders, and here again mainly those with a eutectic melting point are used.
Die Reproduzierbarkeit des Auslösezeitpunktes hängt vor allem aber davon ab, in welchem Maße die der Klebe- oder Lötstelle zugeführte Wärmemenge wieder an die Umgebung, insbesondere an das Sperrglied selbst, abgegeben und von diesem weitergeleitet wird. Um auch hier eindeutig reproduzierbare Verhältnisse zu schaffen, ist entsprechend dem Erfindungsgedanken vorgesehen, das Sperrglied mittelbar über ein an die Wandung der Triebwerksdüse durch Kleben oder Löten befestigtes besonderes Halteelement definierter Form, möglichst geringer geometrischer Abmessung und aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitzahl, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung, zu halten. Hierdurch wird erreicht, daß die Temperaturanstiegskurve der Düsenwandung an der Klebe- oder Lötstelle und die des aufgeklebten oder aufgelöteten Halteelementes möglichst zeitsynchron verläuft.The reproducibility of the trigger time depends above all on the extent to which the Glue or solder joint, the amount of heat supplied back to the environment, in particular to the locking member itself, submitted and forwarded by this. In order to achieve clearly reproducible conditions here as well create, is provided according to the inventive concept, the locking member indirectly via a to the Wall of the engine nozzle by gluing or soldering attached special retaining element of a defined shape, The smallest possible geometric dimension and made of a material with a high coefficient of thermal conductivity, preferably Copper or a copper alloy. This ensures that the temperature rise curve of the nozzle wall at the glue or solder point and that of the glued-on or soldered-on holding element runs as synchronously as possible.
Da der Temperaturanstieg in der Düsenwandung des Flugkörpertriebwerkes auch durch Fertigungstoleran-Since the temperature rise in the nozzle wall of the missile engine is also due to manufacturing tolerances
zen der Wandstärke gewissen Schwankungen unterliegt, ist gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung zum Zwecke der thermischen Abschirmung der Klebe- oder Lötstelle von den umgebenden Wandbereichen vorgesehen, diese Stelle durch eine die Düsenwanddicke vermindernde Nut abzugi enzen. Wird dann noch das Halteelement als Kreisscheibe*ausgebildet und die Nut aL Ringnut, deren innerer Durchmesser dem Außendurchmesser des Halteelementes entspricht, dann bildet die Düsenwandung mit dem aufgeklebten oder aufgelöteten Halteelement an dieser Stelle einen Kreiszylinder, von dessen Mantelfläche das beim Aufkleben oder Löten austretende überschüssige Klebemittel oder Lot in einfacher Weise, z. B. spanabhebend, nachträglich vollständig entfernt werden kann.the wall thickness is subject to certain fluctuations, is according to the further embodiment of the invention for the purpose of thermal shielding the adhesive or soldering point provided by the surrounding wall areas, this point through a die Draw a groove that reduces the thickness of the nozzle wall. If the retaining element is then also designed as a circular disk * and the groove aL ring groove, the inner diameter of which corresponds to the outer diameter of the retaining element, then the nozzle wall with the glued-on or soldered-on holding element forms a one at this point Circular cylinder, from the surface of which the excess that emerges during gluing or soldering Glue or solder in a simple manner, e.g. B. machining, can be subsequently completely removed can.
Das Sperrglied ist die Verbindung zwischen dem Halteelement und der Funktionseinrichtung des Flugkörpers. Um die Wärmeableitung von dem Halteelemtnt auf das Sperrglied selbst zu minimieren, ist entsprechend dem Erfindungsgedanken dit Masse und der wärmeleitende Querschnitt des Sperrgliedes möglichst klein zu halten, d. h. es ist vorzugsweise ein Draht oder Faden zu verwenden, der in geeigneter Weise formschlüssig an dem Halteelement befestigt ist und dessen Stärke so begrenzt ist, wie es zur sicheren Zuhaltung der Funktionseinrichtung in gesperrter Stellung gerade erforderlich ist.The locking member is the connection between the holding element and the functional device of the missile. In order to minimize heat dissipation from the holding element to the locking member itself according to the idea of the invention dit mass and the thermally conductive cross-section of the locking member as possible to keep it small, d. H. it is preferable to use a wire or thread that is appropriate is positively attached to the holding element and whose strength is limited as it is for safe Guard locking of the functional device in the locked position is just required.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der thermischen Auslösevorrichtung ist bei den eingangs bereits erwähnten Flugkörpern mit verzögert öffnendem Klappleitwerk gegeben. Wie bereits in der DE-PS 19 50 638 beschrieben, ist es möglich, die Stabilisierungsflossen eines derartigen Flugkörpers mittels eines die eingeklappten Flossen umfassenden Drahtes in verriegelter Stellung zu halten und sie durch eine pyrotechnische Auslösevorrichtung zeitverzögert zur Entfaltung zu bringen. Verwendet man anstelle der pyrotechnischen Auslösevorrichtung jedoch eine thermische Auslösevorrichtung in der beschriebenen Ausführung, so ergibt sich eine Lösung, die sich durch besonders einfachen, wirtschaftlichen und sicheren Aufbau auszeichnet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn wie in dem nachfolgend näher beschriebenen Anwendungsfall das Sperrglied der thermischen Auslösevorrichtung und der Fesselungsdraht der Stabilisierungsflossen eine Einheit bilden. Hervorzuheben ist vor allem die absolute Sicherheit der thermischen Auslösevorrichtung gegen Funktionsstörungen, da ein Ausbleiben der Auslösung physikalisch nicht denkbar ist, wenn die Temperatur der Düse bei Triebwerksabbrand die Schmelztemperatur des Klebers oder Lotes erreicht bzw. übersteigt.A particularly advantageous application of the thermal release device is already in the introduction given missiles with delayed opening folding tail. As in the DE-PS 19 50 638 described, it is possible, the stabilizing fins of such a missile by means of a to hold the folded fins comprehensive wire in the locked position and through a To bring the pyrotechnic release device to deployment with a time delay. If you use the pyrotechnic release device, however, a thermal release device in the design described, this results in a solution that is particularly simple, economical and secure Construction excels. This is particularly the case when, as described in more detail below Application the locking element of the thermal release device and the tether of the stabilizing fins form a unit. Particularly noteworthy is the absolute safety of the thermal release device against malfunctions, since failure to trigger is physically unthinkable if the temperature of the nozzle when the engine burns down reaches the melting temperature of the glue or solder or exceeds.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, im einzelnen zeigtThe invention is explained in more detail using the drawing and an exemplary embodiment shows
Fig. la den hinteren Teil einer Triebwerksdüse im Schnitt mit der thermischen Auslösevorrichtung,Fig. La the rear part of an engine nozzle in Section with the thermal release device,
Fig. Ib den gleichen Teilausschnitt in der Ansicht,Fig. Ib shows the same partial section in the view,
Fig.2a das Heck eines Flugkörpertriebwerkes mit eingeklappten Leitwerksflossen, teils im Schnitt und teils in Ansicht mit der — durch eine Leitwerksflosse verdeckt — unsichtbar gezeichneten thermischen Auslösevorrichtung für das verzögert öffnende Klappleitwerk, Fig.2a the tail of a missile engine with folded tail fins, partly in section and partly in view with the invisible thermal drawn - covered by a tail fin Release device for the delayed opening folding tailgate,
F i g. 2b die Ansicht von hinten auf dieses Heck.F i g. 2b shows the rear view of this stern.
Gemäß Fig. la ist die Auslösevorrichtung an der durch den Durchmesser d definierten Stelle an der Außenkontur der Düse (2) angeordnet. Mit der Bezugnahme auf den Expansionsdurchmesser wird berücksichtigt, daß die Temperatur der durch die Düse strömenden Gase im wesentlichen durch deren Expansion infolge der Querschnittserweiterung der Düse bestimmt wird. Fertigungstoleranzen dieser Querschnittserweiterung verschiedener Düsen wirken sich auf die Temperatur des Gases am Ort der Auslösevorrichtung nicht aus, wenn nur Düsenquer-According to FIG. 1 a, the triggering device is arranged at the point defined by the diameter d on the outer contour of the nozzle (2). With reference to the expansion diameter, it is taken into account that the temperature of the gases flowing through the nozzle is essentially determined by their expansion as a result of the widening of the cross section of the nozzle. Manufacturing tolerances of this cross-sectional expansion of various nozzles do not affect the temperature of the gas at the location of the triggering device if only nozzle cross-sections
ίο schnitte gleicher Größe miteinander verglichen werden, so daß der Expansionsdurchmesser d die geeignete Bezugsgröße istίο cuts of the same size are compared with each other so that the expansion diameter d is the appropriate reference value
An der so definierten Stelle der Düse (2) ist die Düsenwandung durch eine Ringnut (4), welche in der gezeigten Schnittebene parallel zur Düseninnenkontur verläuft, gegenüber der übrigen Düsenwandung abgegrenzt. Innerhalb dieser Abgrenzung hat die Düsenwandung die definierte Wanddicke s und eine ebene Oberfläche, auf der das Halteelement (3) mittels eines Klebers oder Lotes (5) aufgeklebt oder aufgelötet ist. Das Halteeiement (3) ist hier als kreisförmiges Plättchen ausgebildet ur;d weist eine Bohrung (3a) auf. Für das Sperrglied (6) findet im vorliegenden Fall ein Stahldraht Verwendung, der mittels einer angeformten öse formschlüssig mit dem Halteelement (3) verbunden ist Das andere Ende des Sperrgliedes (6) führt zu der Funktionseinrichtung des Flugkörpers, ist in der Skizze jedoch nicht gezeigt. Selbstverständlich kann als Sperrglied auch ein Seil, Stift, Bolzen oder dgl.At the point of the nozzle (2) defined in this way, the nozzle wall is delimited from the rest of the nozzle wall by an annular groove (4) which, in the sectional plane shown, runs parallel to the inner nozzle contour. Within this delimitation, the nozzle wall has the defined wall thickness s and a flat surface on which the holding element (3) is glued or soldered by means of an adhesive or solder (5). The retaining element (3) is designed here as a circular plate and has a bore (3a) . In the present case, a steel wire is used for the locking member (6), which is positively connected to the holding element (3) by means of an integrally formed eyelet.The other end of the locking member (6) leads to the functional device of the missile, but is not shown in the sketch . Of course, a rope, pin, bolt or the like can also be used as a locking member.
verwendet werden, sofern das im Einzelfall zweckmäßig sein sollte.should be used, provided that this should be appropriate in individual cases.
In Fig. Ib ist die Auslösevorrichtung in der Ansicht gezeigt. Es ist zu erkennen, daß das Halteelement (3) mit dem durch die Ringnut (4) abgegrenzten Teil der Düsenwandung (2) einen Kreiszylinder gleichen Durchmessers bildet, dadurch ist es auf einfache Weise möglich, nach dem Aufbringen des Halteelementes (3) durch Kleber, oder Löten — vor der Befestigung des Sperrgliedes (6) — überschüssiges, aus dem Fügespalt ausgetretenes Klebemittel oder Lot nachträglich vollständig zu entfernen.In Fig. Ib the release device is in the view shown. It can be seen that the holding element (3) with the part of the delimited by the annular groove (4) The nozzle wall (2) forms a circular cylinder of the same diameter, which makes it easy possible, after applying the retaining element (3) by glue, or soldering - before attaching the Locking member (6) - excess adhesive or solder that has emerged from the joint gap subsequently completely to remove.
Die Auslösung der Flugkörperfunktion erfolgt dadurch, daß nach dem Zünden des nicht gezeigten Flugkörpertriebwerks die Temperatur der Düsenwandung (2) nach einer bestimmten vom Einzelfall abhängigen Zeitfunktion rasch ansteigt. Wird hierbei die Schmelztemperatur des Klebers oder des Lotes durchlaufen, dann löst sich das Halteelement von der Düsenwandung ab und gibt damit das Sperrglied (6) zur Auslösung der Flugkörperfunktion frei.The missile function is triggered by the fact that after the ignition of the not shown Missile engine the temperature of the nozzle wall (2) according to a certain from the individual case dependent time function increases rapidly. This is the melting temperature of the glue or solder run through, then the retaining element detaches from the nozzle wall and thus gives the locking member (6) to Triggering of the missile function freely.
Bei axakter Einhaltung der beeinflussenden Parameter wie Expansionsdurchmesser d, Wanddicke s,
Schmelztemperatur des Klebers oder Lotes sowie Form und Masse des Halteelementes lassen sich bei gleichen
Kenndaten des Triebwerks Auslösezeiten mit guter Reproduzierbarkeit erreichen. Je schneller der Temperaturanstieg
der Düsenwandung, desto geringer wirken sich Toleranzen der Einflußgrößen auf die Streuung der
Auslösezeit aus. Durch Veränderung der Einflußgrößen kann die Auslösezeit den jeweiligen Bedürfnissen
angepaßt werden.
In Fig.2a ist das Heck eines FlugkörpertriebwerksIf the influencing parameters such as expansion diameter d, wall thickness s, melting temperature of the adhesive or solder as well as shape and mass of the retaining element are strictly adhered to, triggering times with good reproducibility can be achieved with the same characteristics of the engine. The faster the temperature rise of the nozzle wall, the lower the effect of the tolerances of the influencing variables on the spread of the triggering time. By changing the influencing factors, the release time can be adapted to the respective needs.
In Fig.2a is the tail of a missile engine
(1) mit Klappleiiwerk, hier beispielhaft schematisch dargestellt ein solches gemäß DE-PS 11 59 314, zum Teil im Längsschnitt und zum Teil in der Ansicht, gezeigt, während Fig.2b eine Ansicht des Hecks von hinten gem. Pfeil A in Fig.2a darstellt. Um den Düsenkörper(1) with Klappleiiwerk, shown here by way of example schematically, one such according to DE-PS 11 59 314, partly in longitudinal section and partly in view, while FIG. 2b shows a view of the stern from behind according to arrow A in FIG. 2a represents. Around the nozzle body
(2) sind vier Leitwerksflossen (7) angeordnet, die um die(2) four tail fins (7) are arranged around the
Achsen (8) mittels der Federn (9) aufklappbar sind. Entsprechend der o.g. Patentschrift weisen die Leitwerksflossen (7) einen starren achsnahen Teil (7 a) und einen elastischen achsfernen Teil (7 b) auf.Axes (8) can be opened by means of the springs (9). According to the above-mentioned patent specification, the tail fins (7) have a rigid part (7 a) close to the axis and an elastic part (7 b) remote from the axis.
Im Bereich der Düsenerweiterung ist die Auslösevorrichtung mit dem Halteelement (3) entsprechend Fig. la und Ib angeordnet. Von dem Halteelement (3) ausgehend ist ein Fesselungsdraht (10) zum hinteren Düsenende geführt, der mittels eines dort auf dem Düsenkörper angeordneten Nockens (11) in tangentialer Richtung zur Düse umgelenkt wird. Der Fesselungsdraht (10) ist beidseitig mit ösen (10a, 106,1 ausgerüstet und übernimmt einerseits die Aufgabe des Sperrgliedes, indem er mit einer öse (1Oa^ am Halteelement (3) befestigt ist, andererseits die Aufgabe der Funktionseinrichtung, indem er die vier Leitwerksflossen an ihrem starren Teil (7a) mit einer Windung umschlingt und damit in eingeklappter Stellung hält, wobei die andere öse (iOb) in einem Haltestift (12) eingehängt ist. Der Haltestift (12) ist an der Hinterkante einer der Leitwerksflossen in Flugrichtung angeordnet. Er ist so ausgebildet, daß sich die öse (106J nach erfolgter Auslösung unter Einwirkung des den Flugkörper umgebenden Luftstromes lösen kann.In the area of the nozzle extension, the triggering device with the holding element (3) is arranged in accordance with FIGS. 1 a and 1 b. Starting from the holding element (3), a restraint wire (10) is led to the rear end of the nozzle and is deflected in the tangential direction to the nozzle by means of a cam (11) arranged there on the nozzle body. The shackle wire (10) is equipped with eyelets (10a, 106,1) on both sides and on the one hand takes on the task of the locking member by being attached to the holding element (3) with an eyelet (10a ^ , on the other hand the function of the functional device by holding the four The tail fins are wrapped around their rigid part (7a) with a turn and thus held in the folded position, the other eyelet (iOb ) being hooked into a retaining pin (12). The retaining pin (12) is arranged on the trailing edge of one of the tail fins in the direction of flight It is designed in such a way that the eyelet (106J can loosen under the action of the air flow surrounding the missile after it has been triggered.
Durch diese Ausbildung wird der Fesselungsdraht (10) zum Auslösezeitpunkt einerseits durch Lösung des Halteelementes (3) von der Düse, andererseits durch anschließendes Abfallen von dem Haltestift (12) freigegeben. Die vier Leitwerksflossen können sich unter der Wirkung der Federn (9) entfalten. Der Fesselungsdraht (10) fällt zusammen mit dem Halteelement (3) als loses Teil vom Flugkörper ab.With this design, the tethering wire (10) at the time of triggering is on the one hand by releasing the Holding element (3) from the nozzle, on the other hand by subsequently falling off the holding pin (12) Approved. The four tail fins can unfold under the action of the springs (9). Of the Tying wire (10) falls off together with the holding element (3) as a loose part from the missile.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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